某工厂60kv总降压变电站设计曾辉其

编号 XXXX XXXXXX毕 业 论 文 （ 20 届本科）题 目： 某工厂 60KV 总降压变电站设计 系（部） 院： 机电工程系 专 业： 电气工程及其自动化 作 者 姓 名： XXX 指 导 教 师： X X X 职 称： 完 成 日 期： 20 年 月 日二 年 月XXXXX 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本科毕业论文（设计）作者签名：（亲笔签名）二 年 月 日 （ 打 印 ）毕业论文(设计)目录XXXXX 本科生毕业论文（设计）诚信声明 毕业论文(设计)目录XXXXX 本科生毕业论文（设计）任务书XXXXX 本科毕业论文（设计）开题报告摘 要 IAbstract.II第一章 绪 论 .- 1 -第二章 全厂负荷计算及系统主接线的选择 - 3 -一、供电电压等级选择 - 3 -二、全厂负荷计算 - 3 -1 用电设备的负荷计算 - 3 -2 变压器损耗估算 - 4 -3 无功功率补偿计算 - 4 -4 变压器选择 - 5 -三、系统主接线方案的选择 - 5 -1 主接线的设计原则 - 5 -2 主接线的基本要求 - 5 -3 主接线方案 - 6 -4 主接线方案的确定 - 8 -四、主变台数和容量的选择 - 8 -1 主变台数的选择 - 9 -2 主变容量的确定 - 9 -3 主变压器形式的选择 - 9 -第三章 短路电流计算及设备的选择 .- 11 -一、常见的短路类型 .- 11 -二、造成电路短路的原因及危害 .- 11 -三、计算短路电流的目的 .- 11 -四、短路电流计算 .- 11 -1 确定计算电路及计算电抗 .- 12 -2 最大运行方式下的短路点计算 .- 13 -3 最小运行方式下的短路点计算 .- 14 -五、高压电气设备的选择 .- 15 -1 架空线路 .- 15 -2 10kV 母线的选择 - 16 -3 高压断路器的选择 .- 17 -4 高压隔离开关的选择 .- 20 -5 电流互感器的选择 .- 21 -6 电压互感器的选择 .- 23 -7 10kV 高压柜的选择 - 25 -第四章 变电站综合自动化 .- 26 -一、变电站综合自动化概述及其特点 .- 26 -1 功能综合化 .- 26 -2 结构电脑化 .- 26 -3 操作监视屏幕化 .- 26 -4 运行管理智能化 .- 26 -二、变电站综合自动化的结构形式 .- 26 -三、变电站综合自动化系统的主要功能 .- 28 -1 监控系统功能 .- 28 -2 计算机保护功能 .- 29 -3 电压和无功综合控制 .- 29 -4 远动功能 .- 29 -四、变电所微机保护 .- 29 -1 微机保护概述 .- 29 -2 变压器保护 .- 30 -第五章 防雷与接地 - 32 -一、防雷设备 .- 32 -二、防雷措施 .- 32 -1 架空线路的防雷措施 - 32 -2 变配电所的防雷措施 - 32 -三、接地 .- 33 -1 接地与接地装置 - 33 -2 接地措施 - 33 -总 结 - 34 -致 谢 - 35 -参 考 文 献 - 36 -附 录XXXXX 本科毕业论文（设计）开题报告论 文 题 目 某 工 厂 60KV 总 降 压 变 电 所 设 计作 者 姓 名 XXX 所 属 系 、 专 业 、 年 级 XXXXX指 导 教 师 姓 名 、 职称预 计 字 数 2000 开 题 日 期 一、选题的根据： 电能与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换机构变电站，在电力工业、工矿企业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的地位。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电站的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电站才能正常的运行工作，为国民经济服务。所以变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一步提高，变电站自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化 EMS 和 DMS 的基础。变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的 综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、 ，设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化手段和基础保证。二、主要内容及其主要的研究方法：分以下四步完成： 1.主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下 2-3 个较优方案进行详细计算和分析比较（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标） ，确定最优方案。2.短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流。3.主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及效验。4.主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。5.配电装置设计。6.防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。三、完成期限和采取的主要措施：1、2009 年 3 月 1 日至 3 月 13 日：熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料，查阅有关资料，阅读设计要求必读的参考资料。2、2009 年 3 月 14 日至 4 月 5 日：撰写开题报告，短路电流及其计算、负荷计算、主要电气设备选择，并且绘制各种工程图纸。3、2010 年 4 月 6 日至 5 月 2 日：书写毕业设计说明书4、2010 年 5 月 3 日至 5 月 7 日：打印整理毕业设计资料 11 送交文印单位装订成规范的毕业设计文本5、2010 年 5 月 8 日至 5 月 10 日：准备及答辩四、主要参考资料：1付周兴，王清亮，董张卓编著.电力系统自动化M北京：中国电力出版社20062姚锡禄主编.工厂供电（第二版）M.北京：电子工业出版社20073刘学军主编，继电保护原理学习指导M北京：中国电力出版社20064孟祥忠主著现代供电技术M北京：清华大学出版社2006.85西北电力设计院.电力工程电气设计手册M.北京：水利水电出版社,1992。6陈建亚.发变电站电气一次系统M. 北京：中国电力出版社,1999。7边志伟鱼峰水泥厂 110KV 总降压变电站的研究与设计D长沙中南大学2008.五、指导教师意见： 签 名： 年 月 日 6教研室意见负责人签名： 年 月 日系（部）意见 负责人签名：年 月 日I摘 要变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。60KV 变电站属于高压网络，某工厂总降压变电所所涉及方面多，考虑问题多，进行变压器的选择，从而确定变电站的主接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算，选择变电站高低压电气设备。总降压变电所的初步设计包括了：(1)总体方案的确定；(2)负荷分析；(3)短路电流的计算；(4)高低压配电系统设计；(5)变电站综合自动化及继电保护设计；(6)防雷与接地保护等内容。关键词：总降压 负荷分析 输电系统 配电系统 变电站综合自动化II- 1 -第一章 绪 论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业 1,2，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志 3,4,5。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分 6。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷，是电能输送的核心部分 7,8。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利 9。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要 10。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用 11。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务 12。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂 13,14。降压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是某工厂 60KV 总降压变电站。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的 15,16。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的 17。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献 18。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件 19。由于某企业经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应该企业经济的发展，要在该企业建设 60kV 总降压变电站。 具体要求如下：本电力系统应包括变电，配电以及相应的通信、安全自动、继电保护、调度自动化- 2 -等设施。在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。本次设计的变电站为 60KV 总降压变电站，其下级负荷为 10KV 级、工业车间及其它负荷。这些负荷不仅包括机械加工车间、铸造车间、电修车间等部门，也有工业行政部门用电。他们对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把 60KV 变成 10kV 电压供周边车间使用。尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了本地供电质量和可靠性。现在，随着大电网系统的建设，输电的电压等级越来越高，这一方面使降低损耗的需要，另一方面也是工业生产等负荷发展的需要 20。我国目前广泛采用的输电等级有110KV、220KV 等级别 21，还有 500KV 级的输电线路也在迅速发展，所以 60KV 级的变电站在电力系统中的应用也十分广泛。并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，变电站的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。- 3 -第二章 全厂负荷计算及系统主接线的选择一、供电电压等级选择该企业主电源为厂边某 220/60KV 区域变电站提供，因此该企业总降压变电所主电源采用 60kV 电压等级，经过变压后采用 10kV 输送至各个车间变电房降压至 0.4kV 直供负荷。同时采用 10kV 作为保安电源，为锅炉房等一级负荷提供备用电源。二、全厂负荷计算1 用电设备的负荷计算根据设计要求，按照需要系数法及以下计算公式 29:30edPK230/1QCOSPtg23030/cosS/eIU得各项数据列表如下（下表数据均为 60kV 侧）：计 算 负 荷用电设备 /()ePKWdcos30/()PKW30/()QVA30/()SK30/()IA电机修理车间 2300 0.6 0.7 1380 1407.6 1971.23 32.52机械加工车间 880 0.65 0.65 572 669.24 880.38 14.52新品试制车间 650 0.55 0.6 357.5 475.48 594.88 9.83原料车间 550 0.35 0.65 192.5 225.23 296.28 4.89备件车间 560 0.5 0.7 280 285.6 399.96 6.6锻造车间 180 0.6 0.65 108 126.36 166.23 2.74锅炉房 260 0.9 0.8 234 175.5 292.5 4.83空压房 302 0.8 0.65 241.6 282.67 371.85 6.13汽车库 56 0.5 0.7 28 28.56 40 0.66线圈车间 328 0.55 0.65 180.4 211.07 277.66 4.58半成品试验车间 750 0.65 0.75 487.5 429 649.38 10.72成品试验车间 2564 0.35 0.6 897.4 1193.54 1493.27 24.67加压站(10KV 转供负荷)274 0.55 0.65 150.7 176.32 231.95 3.82- 4 -设备处仓库(10KV转供荷)654 0.55 0.75 359.7 316.54 479.15 7.91成品试验站内大型集中负荷3874 0.65 0.750.88 2518.1 2215.93 3357.20 55.39合 计 7987.4 8218.64 11501.92 189.81有功负荷同时系数取 95.0kP无功负荷同时系数取 7q7588.03 7927.08 10527.37 173.662 变压器损耗估算 32： 301%.1527.30.()bPSKV3056.varbQk以上公式 32得出变压器的有功损耗和无功损耗。3 无功功率补偿计算工厂 60kV 高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于 0.9，考虑到变压器的无功功率损耗 ，远远大于有功功率损耗 ，因此，在变压器的 10kV 侧进行无功功率bQbP补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于 0.9，现设 cos=0.95，则：10kV 侧在补偿前的功率因素为: 130cos/758.03127.0.S因此，所需要的补偿容量为： 3012().(arcos.arcos.95)481()cQPtgtgtgkvar选取 5vark60kV 侧在补偿后的负荷及功率因素计算： 30758.031.27693.0()gbPKW954.5varCQ k222303068()ggS VA230cos/70.913gPS满足了设计任务书的要求。2cos.91其计算数据如下：- 5 -计算机负荷项 目 cos30/()PKW30/()QVA30/()SK(10KV)30/()IA侧)10kV 侧补偿前 0.657 7588.03 7927.08 10527.37 607.81需要补偿容量 -5000变压器损耗 105.27 526.3760kV 侧补偿后 0.922 7693.30 3453.45 8425 138.98根据设计要求以及以上计算结果，选取 7：并联补偿电容为：BWF10.5-100-1 型电容器 50 只。补偿总容量为：100kvar50=5000kvar。4 变压器选择根据补偿后的总计算负荷（8425kVA） ，同时考虑工厂 5-10 年的负荷增长，变压器容量考虑一定的预留，本工厂负荷能保证变压器运行在 60-70%经济负荷区内即可，同时变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致，否则不能并列运行 33,38。由于电力系统采用的绕组连接方式只有星形、三角形两种，高、中、低三绕组如何组合要根据具体工程来确定。而其中性点多通过消弧线圈接地，60KV 以下电压，变压器绕组都采用三角形连接。变压器采用绕组连接方式有 D 和 Y，我国 60KV 采用 Y 连接，60KV 以下电压的变压器有国标 Y/d11、Y/Y0 等变电所选用主变的连接组别为 Y/d11 连接方式 28。故本次设计的变电所选用主变的容量为 10000KVA，连接组别为 YN/d11 型 60 22.5%/10.5(KV)的变压器。三、系统主接线方案的选择1 主接线的设计原则1.负荷大小的重要性。2.系统备用容量大小：a.运行备用容量不宜少于 8-10%，以适应负荷突变，机组检修和事故停运等情况的调频需要 34。b.装有两台及以上的变压器的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变压器的容量应保证该变电所 60%-70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证车间的一、二级负荷供电 40。2 主接线的基本要求电气主接线应满足可靠性、灵活性、经济性 30三项基本要求，其具体要求如下：1.可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。- 6 -1) 断路器检修时，不宜影响供电。2) 线路、断路器或母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回数及停运时间，并能保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。3) 尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。4) 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2.灵活性主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活要求1) 调度时，应可以灵活地投入和切除电源、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对车间的供电。3) 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停运时间最短的情况下，投入新装机组，变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作最少。3.经济性主接线满足可靠，灵活性要求的前提下做到经济合理。1)主接线应力求简单，经节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。2) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。3) 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。4) 如能满足系统的安全运行及继电保护要求，35kV 及其以下终端或分支变电所可采用简易电器。5) 占地面积少：主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。6) 电能损失少：经济合理地选择主变压器的种类(双绕组、三绕组或自耦变压器)、容量、数量，要避免因两次变压而增加的电能损失。3 主接线方案该变电站为 60KV 总降压变电站，降压后只要 10KV 一个电压等级，但该 10KV 侧出线装有 I 级负荷，按 I 级负荷的供电要求，需严格保证供电。由原始资料可知，该变电站属企事业变电站，以向工厂车间供电为主，全所停电后，该企业停止生产。根据原始资料，60KV 侧以双回路与系统相连，可考虑用线路单元接线、四角形接线及内桥接线形式。10KV 侧，按规划应接有两个 I 级，6 个 II 级和 3 个 III 级负荷，考虑到不同等级负荷的供电要求有所不同，I 级负荷需两个独立电源供电，即双回路供电，要求高，II 级负荷次之，III 级负荷要求再次之，故可考虑用单母线接线，双母线接线以及单母线分段接线。- 7 -主接线的初步设计给出几种方案，以便在审核中进行比较，根据系统和负荷性质的要求，根据毕业设计任务书的指导，初步设计出主接线方案如下：第一种方案：60KV 侧采用线路单元接线，10KV 侧采用单母线分段接线的主接线，如图 1-1 所示。QS1F2T1QS02QS21FT1WL60KV电 源 进 线 WB2WLWB0KV母 线图 1-1第二种方案60KV 侧采用线路单元接线，10KV 侧采用双母接线的主接线，如图 1-2 所示。QS1F2T1QS21FT24WL60KV电 源 进 线 WL03043QS3QS5WBWB图 1-2第三种方案60KV 侧采用内桥接线，10KV 侧采用单母分段接线的主接线，如图 1-3 所示。- 8 -QS1F2T1401QS02WL6KV电 源 进 线 WBWBKV母 线3134FTWL图 1-34 主接线方案的确定第一种方案的特点是：60KV 侧采用线路单元接线方式，接线最简单，设备较少，故投资少，经济性好，但是线路故障或检修时，会使变压器停运或线路停运，供电可靠性及灵活性较差。10KV 侧采用单母分段接线的主接线，接线简单清晰，设备少，操作方便，投资较少；当母线及母线隔离开关故障及检修时，可缩小事故范围，并能保证对重要负荷的供电，供电可靠性较高，但灵活性较差，不及双母线接线方式。第二种方案的特点是：60KV 侧采用线路单元接线方式，接线最简单，设备较少，故投资少，经济性好，但是线路故障或检修时，会使变压器停运或线路停运，供电可靠性及灵活性较差。10KV 侧采用双母线接线的主接线，供电可靠，可以轮流检修任一组母线而不致使供电中断，调度灵活，各个电源及负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度的需要，便于扩建；但是与单母线接线相比，增加了一组母线及隔离开关，使设备增加，投资加大；另外，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，易发生误操作，而且检修出线断路器时，仍然会使该回路停电，即安全性较差。第三种方案特点是：60KV 侧采用内桥接线，高压断路器数量较少，四个回路只需三台断路器，与四角形接线相比，投资较少；当一回路故障时，其余三条回路可继续工作，与单元接线相比，可靠性较高；桥连断路器检修时，两回路需解列运行，供电可靠性将降低。10KV 侧采用单母分段接线的主接线，接线简单清晰，设备少，操作方便，投资较少；当母线及母线隔离开关故障及检修时，可缩小事故范围，并能保证对重要负荷的供电，供电可靠性较高，但灵活性较差，不及双母线接线方式。由于该变电所为一般性变电所，综合考虑此三种方案的供电可靠性及灵活性，经济技术指标，结合该变电所的负荷特点，故采用第三种方案。四、主变台数和容量的选择- 9 -1 主变台数的选择正确选择变压器的台数，对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。目前一般的选择原则是：一般用户装设 12 台变压器；为了提高供电可靠性，对于、级用户，可设置两台变压器，防止一台主变故障或检修时影响整个变电所的供电，所以本所选用两台主变，互为备用，当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负荷的 75%，保证了正常供电。 2 主变容量的确定1. 主变压器容量一般按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20 年的负荷发展。2. 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的 60-80% 。3. 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。3 主变压器形式的选择3.1 变压器绕组的连接方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形三角形，高、中、低三册绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国 110KV 及以上电压，变压器绕组都采用星形连接，60KV 亦采用星形连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV 以下电压，变压器绕组都采用三角形连接。由于 60KV 采用星形连接方式与 220KV、110KV 系统的线电压相位角为零度（相位 12点） ，这样当电压为 22011060KV，高、中压为自偶连接时，变压器的第三绕组加接线方式就不能三角形连接，否则就不能与现有 60KV 系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星形连接的变压器。 变压器采用绕组连接方式有 D 和 Y，我国 60KV 采用 Y 连接，35KV 以下电压的变压器有国标 Y/d11、Y/Y0 等变电所选用主变的连接组别为 Y/d11 连接方式。故本次设计的变电所选用主变的连接组别为 YN/d11 型。3.2 冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。本次设计选择的是小容量变压器，故采用自然风冷却。3.3 调压方式的选择变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现- 10 -的。切换方式有两种：无激励调压，调整范围通常在5%以内；另一种是有载调压，调整范围可达 30%，设置有载调压的原则如下：1) 对于 220KV 及以上的降压变压器，反在电网电压可能有较大变化的情况下，采用有载调压方式，一般不宜采用。当电力系统运行确有需要时，在降压变电所亦可装设单独的调压变压器或串联变压器。2) 对于 110KV 及以上的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。3) 接于出力变化大的发电厂的主变压器，或接于时而为送端，时而为受端母线上的发电厂联络变压器，一般采用有载调压方式。故本次设计选用主变的调压方式为有载调压。3.4 结论故采用 10000/60 型三相双绕组有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：主变容量： = 10000KVANS型号： 三相双绕组有载调压降压变压器 阻抗电压： 7.5% 联接组别： Y/-11 额定电压： 高：60 3 2.5%KV 低：10.5KV- 11 -第三章 短路电流计算及设备的选择在电力系统中运行的电器设备，在其运行中都必须考虑到会发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时最危险的故障是各种形式的短路，它会破坏电力系统对用户正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统中的严重故障，所谓短路，是指一切属于不正常运行的相与相间或相与地间发生通路的情况。一、常见的短路类型在 60、10KV 的电力系统中，可能发生短路有三相、两相、两相接地和单相接地的故障，其中三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样，仍属对称状态，其他类型的短路是不对称短路。电力系统中常发生的单相短路占大多数，二相短路较少，三相短路就更少了。三相短路虽然很少发生，但其后果最为严重，应引起足够的重视。因此本次采用三相短路来计算短路电流，并检测电气设备的稳定性二、造成电路短路的原因及危害造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。三、计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中，基于以下用途必须进行短路电流计算：(1)选择电气设备和载流导体必须用短路电流校验热稳定性和动稳定性。(2)选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。(3)确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。四、短路电流计算进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是： 该 量 的 实 际 值 任 意 单 位某 量 的 标 幺 值 =该 量 的 标 准 值 与 实 际 值 同 单 位所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电- 12 -源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值.1 确定计算电路及计算电抗(1)绘制计算电路图 系 统 电 源 系 统 电 源 60KV 侧 10KV侧总 降 压 变 电 站L=5km架 空 线图 4 计算电路图max580kSMAA min265kSMVAAL0./OXVN1%7kU设基准容量 0dSA基准电压 163avUV210.5davkV(2)归算前的等值电路图L=5m架 空 线系 统 电 源 K侧 总 降 压 变 电 站 K侧系 统 电 源 60V母 线k架 空 线 总 降 压 变 电 站 2图 5 归算前的等值电路图(3)计算电抗将所有电抗归算到 60kV 侧：系统电抗：(最大运行方式下)1maxaxdSkXAA 10.17258MV(最小运行方式下)1inindSkAA.326架空线路电抗：- 13 -221dLOSXU210.45.463变压器电抗： 311%0kdTTS 7.0.75(4)归算后的等值电路图 系 统 阻 抗Xs.max=2in7线 路 阻 抗L4变 压 器 阻 抗XT1=KV侧6侧60KV系 统 电 源 输 电 线 路图 6 归算后的等值电路图2 最大运行方式下的短路点计算(1) d1 点的短路电流计算：10kV 母线侧没有电源，无法向 60kV 侧提供短路电流，即可略去不计，则 d1 点短路电流标幺值为： =1dI*2X10.75.40.92换算到 60 kV 侧 0 秒钟短路电流有名值：= = I1d13dSU.91360.7KA根据电力工程电气设计手册的相关规定：离发电厂的地点(变电所)取电流冲击系数 ，当不计周期分量的衰减时，短路.8shK电流全电流最大有效值为：=shI21()shKI21(.)0.175.64()KA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流为： shi2shI .87.5I则有短路容量为： 13630.179.6()dSUI MVA(2) d2 点的短路电流计算10kV 母线侧没有电源，无法向 60KV 侧提供短路电流，即可略去不计，则 d2 点短路电流标幺值为： 1dI*23X10.1680.725.4- 14 -换算到 10kV 侧 0 秒钟短路电流有名值为： 1 210.68.24335ddSI KAU根据电力工程电气设计手册的相关规定：远离发电厂的地点（变电所）流冲击系数 ，当不计周期分量的衰减时，短路.shK电流全电流最大有效值：=shI21()shKI21(.8)1.4.83()KA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流为： 2.87.5096shshiII则有短路容量为： 2310.524.0()dSUMVA3 最小运行方式下的短路点计算(1)d1 点的短路电流计算：10kV 母线侧没有电源，无法向 60kV 侧提供短路电流，即可略去不计，则 d1 点短路电流标幺值为： 1*2dIX10.850.37.4换算到 60KV 侧 0 秒钟短路电流有名值为： 1 1.850.169()33ddSI KAU根据电力工程电气设计手册的相关规定：远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数 ，当不计周期分量的衰减时，.8sh短路电流全电流最大有效值为：=shI21()shKI21(.)0.169.5()KA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流： 2.87.543()shshiIII则有短路容量为： 13630.198.()dSUI MVA(2) d2 点的短路电流计算10kV 母线侧没有电源，无法向 60KV 侧提供短路电流，即可略去不计，则 d2 点短路电流标幺值为：- 15 -1dI*23X10.1620.75.4换算到 10kV 侧 0 秒钟短路电流有名值为： 1 21.60.891335ddSI KAU根据电力工程电气设计手册的相关规定：远离发电厂的地点（变电所）流冲击系数 ，当不计周期分量的衰减时，短路.shK电流全电流最大有效值为：=shI21()shKI21(.8)0.91.345()KA当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流为： 2.87.572shshiII则有短路容量为： 2310.8916.04()dSUI MVA以上计算结果列表如下：运行方式 短路点 /dIKA/shi/shIK/dSD1 0.175 0.446 0.264 19.096最大运行方式 D2 1.214 3.096 1.833 22.078D1 0.169 0.431 0.255 18.441最小运行方式 D2 0.891 2.272 1.345 16.204五、高压电气设备的选择1 架空线路1.1 60 KV 架空线路的选择考虑到变压器在电压降低 时其出力保持不变，所以 60 架空线相应的5%即：.max.05geII .max 101.0.5.336NgSI KAU根据设计条件 ， 则取25Th2/JAm则导体经济截面面积为： 22.maxA/0.1/.37.8gecIJK1.2 选择导线（按照经济电流密度）：- 16 -选择 钢芯铝绞线，其室外载流量为 ，面积为95/20LGJ 135jIA，导线最高允许温度为 ，根据工作环境温度为 ，查A1.36m70oC30oC综合修正系数 ，0.94alK式中， 为导线额定负荷时的最高允许温度； 为导线的允许载流量所采用的环境al 0温度； 为导线敷设地点实际的环境温度。0，满足电流的要求。1_1 max.943526.1jxzj gIKIAI5.1.3 热稳定校验（按最大运行方式 d2 点短路）：根据设计任务书，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即 ，断路器开1.3opTs短时间 ，非周期分量等效时间 ，则： 0.2osT0.5sT短路假想时间： 1.32.15imaopsTs架空线最小截面积 2 322in.4.5A07.7.887iaI mC则有： ，满足热定的要求。mi2 10kV 母线的选择考虑到变压器在电压降低 时其出力保持不变，所以35kV 架空线相应的5%即：.max1.05geII .max 101.0.5.5733NgSI KAU2.1 选择母线（按照最大工作电流）：选择 单条矩形铝导体平放作母线，面积为 ，平放时，长期允许载80 264Sm流量为 ，导体最高允许温度为 ，根据工作环境温度为 的条件，1249aIA70oC30oC查综合修正系数 ，0.94alK式中， 为导线额定负荷时的最高允许温度； 为导线的允许载流量所采用的环境al 0温度； 为导线敷设地点实际的环境温度。0- 17 -，满足载流量的要求。1 max0.942174.06ea gIKAI2.2 热稳定的校验（按最大运行方式 d2 点短路）：根据设计任务书，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即 ，断路器开1.3opTs短时间 ，非周期分量等效时间 ，则：0.2osT 0.5sT短路假想时间： 1.32.15imaopsTs母线最小截面积 2 322min.4.5A07.64087iaI mC则有： ，满足热定的要求。in2.3 动稳定校验：取跨距 ，相间距离 ，1.5L0.5lm硬铝最大允许应力：，617apa抗弯矩： 372332 10.5/)05)(6/ mbhW相间电动力 71.30phsfil32(.91)/.6N最大相应力 2/phfL763.16.5(0.2).43510pa，满足动稳定的要求。alph3 高压断路器的选择根据设计任务书的条件，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即 ，断1.3opts路器开短时间 ，非周期分量等效时间 ，则：0.2octs0.5st短路假想时间： 1.32.1imaopsTTs3.1 安装在变压器60kV 高压侧的断路器(1) 60kV 断路器参数选择：- 18 -额定电压选择： 160nsUKV最高工作电压选择： 11.51.9nsmn额定电流选择： maxegIA考虑到变压器在电压降低 时其出力保持不变，所以相